多能互补将在我国能源经济改革和发展中发挥巨大的作用，相应地，国家也在政策层面上对多能互补高度重视。《能源发展“十三五”规划》提出，推动能源生产供应集成优化，构建多能互补、供需协调的智慧能源系统，并将“实施多能互补集成优化工程”列为十三五能源发展的主要任务。《能源发展“十三五”规划》全文共七次提及“多能互补”，从中可以看出多能互补在国家能源发展战略中重要地位。空气能+太阳能模式将空气能与太阳能优点完美融合，使得制热制冷更加高效、节能。本文介绍青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司的《山西晋中乔家大院空气能+太阳能采暖制冷热水项目》，通过实例说明“空气能 + 太阳能”的优势，供大家赏析学习。

　　建筑物概况和用途简介

　　乔家大院位于位于山西省祁县乔家堡村，是全国重点文物保护单位，本项目是其商业街区改造项目一期中的客栈改造项目。客栈共分布局相同的D、E两个区，每个区建筑面积约1080㎡，27个客房。地下一层地上二层，主要为客栈客房。

　　本项目供暖要求温度20℃，制冷26℃，室内末端设计采用风机盘管。同时供应客房55℃热水。

　　设备配置概况和用途简介

　　本次改造项目每个区域共配置海尔超低温空气能冷暖机星火KD48-NcP5机组3台，单台机组名义制热量26kW，制冷量33kW。选用HR系列真空联集管太阳集热器8组，每组集热器集热面积6.5㎡。热泵机组和集热器均放在客栈楼顶。4吨热水水箱1个和1吨采暖缓冲水箱1个及水泵安装于负一层设备间内。

　　甲方要求

　　1. 空气源热泵采暖和制冷，采暖温度20℃，制冷温度26℃；

　　2. 太阳能制55℃热水供客房洗浴用；

　　3. 空气能采暖时太阳能同时补充采暖用；

　　4. 系统流程：热泵机组应采用精确电子膨胀阀控制，调节范围更广、更精确；

　　整套供热系统可以实现智能化控制、能够在调度平台进行在线监测，远程控制，实现无人值守。

　　设计方案

　　项目概况

　　工程名称：乔家大院DE区客栈太阳能空气能采暖制冷热水项目

　　建设地点：晋中市祁县

　　项目现状：本项目共27个房间采暖制冷，共1080㎡

　　设计依据及参数

　　1.设计依据

　　（1）甲方提供的工程图纸及相关要求；

　　（2）《采暖及通风空调设计手册》、《给水排水设计手册》；

　　（3）《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）；

　　（4）《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》GB-T21362-2008

　　（5）《建筑环境与设备工程》专业知识；

　　（6）其他相关规范及手册资料；

　　（7）产品画册技术参数；

　　（8）《家用和类似用途热泵热水器》GBT 23137-2008

　　2.气候参数

　　（1）项目所在地气候情况，根据国家气象局的资料，晋中地区的气象统计数据参考太原地区如下：

（2）本方案采暖设计参考参数：

　　依据《全国民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）室外环境计算温度的要求，当地的室外气象参数如下表：

　　室内设计参数取值：冬季供暖18±2℃，夏季制冷26±2℃。

　　（3）冷水计算温度：（摘自《民用建筑太阳热水系统工程技术手册》）

　　取此处基础水温按地下水温度12℃设计。

　　采暖负荷计算

　　（1）依据空调设计手册，供暖冷热指标参考如下表：

　　本项目位于祁县乔家大院，供暖平均热负荷取值70W/㎡；

　　（2）本项目采暖面积1080㎡，则建筑的散热总负荷为：

　　Q总=1080㎡×70W/㎡=75.6kW

　　（3）设备的选型校核：（1KW=860 kcal/h）

　　在冬季室外计算温度-11.1℃，出水55℃时，海尔星火15匹KD48-NcP5冷暖机组制热量为28kW，则本方案采暖需要：

　　75.6kW÷28kW/台=2.7台

　　所以选取的设备的制热量＞建筑的热负荷；即整个冬季采暖选取的设备都能满足建筑的采暖需求。

　　制冷负荷计算

　　（1）本项目位于祁县乔家大院，制冷平均热负荷取值100W/㎡；

　　（2）本项目制冷面积1080㎡，则建筑的散热总负荷为：

　　Q总=1080㎡×100W/㎡=108kW

　　（3）、设备的选型校核：（1KW=860 kcal/h）

　　尔星火15匹KD48-NcP5冷暖机组制热量为,33kW，同时使用系数取0.9，则本方案采暖需要：

　　108kW×0.9÷33kW/台=2.95台

　　所以选取的设备的制冷量＞建筑的制冷总负荷；即整个夏季制冷选取的设备都能满足建筑的采暖需求。

　　热水计算及说明

　　（一）热水需用量

　　根据GB 50015-2003《建筑给水排水设计规范(2009年版)》第5章、5.1节表5.1.1.1热水定额确定（注：本表热水定额温度按照60℃计），详情如下：

房间日用热水量按150L计算，则27个房间日用热水量为：150L×27=4050L。

（二）热水器集热面积校核计算

　　单个系统采光面积的确定：

　　联集管集热器

HR系列真空联集管太阳集热器是成熟通用的标准化产品，产品性价比好，经济实用。HR型联集管太阳集热器特点：

集热器采用联箱式微承压设计，适用于自然循环、强制循环太阳集热系统。

　　集热器采用国标全玻璃真空管高效集热，全年运行，投资较经济。

　　集热器的全玻璃真空管东西横向放置，使集热器真空管内的存水充分利用，同时利于真空管内壁清洗排污。

　　集热器可采用防冻循环、伴热带等防冻措施保证在寒冷地区运行。

　　集热器空晒后突上冷水可能导致全玻璃真空管炸裂，禁止集热器空晒上水，避免系统跑水瘫痪。

　　集热器模块化设计，可任意组合成各种大小集热面积的集热阵列。

　　支撑强度、载荷

1、海尔联集管集热器，满水情况下重量为40Kg/M2左右，每套集热器满水重约为270Kg。

2、风荷载计算

　　A――指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区B――指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区C――指有密集建筑群城市市区D――指有密集建筑群且房屋较高的城市市区3、太阳能集热器的受力分析（倾角15°）①集热器受力分析单台集热器最大受风面积为：S＝3.8m×2m-1.7×（80-58）×46/1000=5.88m2单台集热器重量为: 无水状态260Kg（包括角钢支架）；受力分析示意图（实际倾斜角15度）：

　　根据《建筑结构荷载规范》GB50009－2001， 取风压Wk=0.63kN/㎡即630N/㎡计算,则最不利情况是集热器无水且吹北风时（因为有水时，重力增大有利于集热器抗风），此时受风力为：

　　同时，考虑到自重和雨雪冰雹的灾害天气，我们设计支撑柱为国标4#角钢，斜拉筋为国标4#角钢即可。

　　实际使用效果节能与环保经过测算，每年节能（采暖季150天，用热水365天）折合标准煤44t；

　　污染物减排计算，按每燃烧一吨标煤排放二氧化碳约2.6吨，二氧化硫约24公斤，氮氧化物约7公斤【能源基础数据汇编，国家计委能源所，1999.1，P16】，则每年减排二氧化碳114.4t、二氧化硫1.06t、氮氧化物0.31t

　　通常一公顷（15亩）阔叶林一天可以消耗1000kg的二氧化碳，则本项目的减排量相当于859亩阔叶林的减排量。

　　舒适性空气能热泵整机可实现自动化控制，无需专人维护，比起传统燃煤锅炉节省了人工维护的大量麻烦，不需要添煤、加煤，不用担心发生火灾或爆炸，而且温度可控，可根据自身需要调节温度高低，并且温度恒定，不会像燃煤取暖一样会出现温度时高时低的情况，采暖舒适性更好。

　　空气源热泵的中水温供暖，在保证了供暖室内温度的同时，又不会产生干燥感，同时又兼顾夏季制冷，舒适度佳。

　　空气能+太阳能的组合应用，极大限度的利用太阳能和空气能的节能优势同时又兼顾了用户使用效果。

　　通过两个供暖季的使用客栈客房室内采暖温度平均在20℃左右，波动范围在18~22℃，夏

　　季制冷实际24~26℃，热水使用也满足了需求，达到了用户满意的效果。

　　用户评价用户反馈对系统效果满意，室内温度达标，同时采暖费用达到预期，经济效果显著。

　　同时用户对空气能+太阳能组合采暖制冷热水系统的优化和自动化程度给予肯定，反馈基本一次设定完毕就无须专人监护，系统自动运行，节约了人工成本。

　　注：该项目在“节能杯”第五届空气源热泵系统设计大赛中荣获“空气源热泵多能互补最佳应用奖”。